DOI: https://doi.org/10.1186/s13073-026-01610-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41709284
تاريخ النشر: 2026-02-19
المؤلف: Luciana Musante وآخرون
الموضوع الرئيسي: أبحاث RNA والربط
نظرة عامة
تحدد هذه الدراسة نوعًا جديدًا من الأمراض المرتبطة بالسبلايسوسوم مرتبطًا بالتغيرات المتغايرة الجديدة في جين SF3B3، الذي يشفر وحدة فرعية من مجمع SF3b السبلايسوسومي. شملت الدراسة تحليلات جينومية، ومحاكاة ديناميات جزيئية، وتقييمات وظيفية لفيبروبلاستات مأخوذة من مرضى من 24 فردًا غير مرتبطين. تكشف النتائج عن نمط سريري متسق يتميز باضطراب طيف التوحد (ASD)، وتأخر في النمو (DD)، وإعاقة عقلية (ID)، وتأخيرات في اللغة والحركة، وعيوب خلقية، وميزات وجهية مميزة. ومن الجدير بالذكر أنه بينما ظلت مستويات mRNA لجين SF3B3 طبيعية، كانت مستويات البروتين منخفضة بنسبة 15-30%، وأشارت المحاكاة الجزيئية إلى تفاعلات معطلة مع مكونات SF3b.
يمتد الطيف الظاهري المرتبط بتغيرات SF3B3 من أشكال شديدة قبل الولادة تؤدي إلى الوفاة حول الولادة إلى عروض أخف مع ASD وDD/ID. يرتبط الشدة بنوع التغيير، حيث تسبب التغيرات من نوع missense تغييرات وظيفية كبيرة في SF3B3، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة السبلايسينغ وعدم استقرار البروتين. بالإضافة إلى ذلك، كشفت ملفات التعبير الجيني عن تغييرات واسعة في التعبير الجيني، لا سيما في تنظيم دورة الخلية وعلم الأعصاب، إلى جانب أنماط سبلايسينغ بديلة مميزة. تؤكد الدراسة على التفاعل المعقد بين التأثيرات الكمية والنوعية لتغيرات SF3B3 على العمليات الخلوية، مما يشير إلى أن تنوع الأنماط السريرية قد ينشأ من تأثيرات محددة للتغيرات وبرامج سبلايسينغ محددة الأنسجة. على الرغم من القيود، توفر هذه النتائج أساسًا للتحقيقات المستقبلية في الآليات المسببة للأمراض المرتبطة باضطرابات النمو العصبي المتعلقة بـ SF3B3.
مقدمة
تمثل اضطرابات النمو العصبي (NDDs) قضية صحية عامة هامة، تؤثر على حوالي 3% من السكان العالميين. تتميز هذه الاضطرابات بالتحديات السلوكية والمعرفية التي تنشأ خلال فترات النمو، وغالبًا ما تظهر ميزات متلازمة معقدة وتنوعًا جينيًا، مما يعقد التشخيص. أدت التقدمات في تسلسل الجيل التالي (NGS) والمعلوماتية الحيوية إلى تحسين تحديد الأسباب الجزيئية والجينات المرضية الجديدة، مع تسليط الضوء بشكل خاص على دور التغيرات الجديدة والطفرات المسببة للأمراض في الجينات المرتبطة بالسبلايسينغ mRNA وعمليات الأيض RNA. ومن الجدير بالذكر أن الطفرات في مكونات السبلايسوسوم قد ارتبطت بمجموعة من المتلازمات التي تُسمى الأمراض المرتبطة بالسبلايسوسوم.
السبلايسوسوم، وهو آلة خلوية حيوية حيوية، مسؤول عن السبلايسينغ الدقيق لـ pre-mRNA، ويتضمن تجميعًا ديناميكيًا من RNA النووي الصغير والبروتينات. وقد أظهرت النتائج الأخيرة أن الطفرات في عدة بروتينات مرتبطة بالسبلايسوسوم، بما في ذلك SF3B1 وSF3B3، مرتبطة باضطرابات نمو عصبي متلازمية متنوعة. تقدم هذه الدراسة بيانات سريرية وجزيئية من 24 مريضًا لديهم تغيرات جديدة في SF3B3، المرتبطة باضطراب نمو عصبي متلازمي يمكن التعرف عليه يتميز بتأخر في النمو (DD)، وإعاقة عقلية (ID)، واضطراب طيف التوحد (ASD)، والعديد من العيوب الخلقية. تستكشف الأبحاث أيضًا تأثير تغيرات SF3B3 على الديناميات الوظيفية لمجمع SF3b من خلال محاكاة جزيئية، كاشفة عن تغييرات في التعبير الجيني واضطراب في دورة الخلية في فيبروبلاستات مأخوذة من المرضى. تشير هذه النتائج إلى أن تغيرات SF3B3 تعطل وظائف السبلايسوسوم الأساسية، مما يؤدي إلى اضطراب نمو عصبي جديد سائد جسديًا.
الطرق
في هذه الدراسة، تم استخدام تسلسل الإكسوم الكامل (WES) وتسلسل الجينوم الكامل (WGS) لتحليل الحمض النووي الجيني المستخرج من عينات الدم المحيطي، سواء من ثلاثيات أو أفراد منفردين. شمل معالجة البيانات محاذاة التسلسل مع الجينومات المرجعية GRCh37/GRCh38، وتصنيف التغيرات، وإعطائها الأولوية، كما هو موضح في الملف الإضافي 1: الجدول S1A. تم تأكيد التغيرات من خلال تسلسل سانجر، وتم التنبؤ بتأثيراتها الوظيفية باستخدام أدوات حاسوبية متنوعة. تم تقييم مرضية التغيرات وفقًا لإرشادات الكلية الأمريكية للطب الوراثي وعلم الجينوم (ACMG)، باستخدام قواعد بيانات مثل ClinVar وقاعدة بيانات طفرات الجينات البشرية (HGMD).
لتحقيق في الآثار الهيكلية لتغيرات SF3B3، تم بناء ثلاثة نماذج لمجمع SF3b: شكل مغلق يعتمد على هيكل B act الناضج (PDB ID: 6FF4) وشكلين مفتوحين مستمدين من مصادر هيكلية مختلفة (PDB IDs: 6EN4 و7Q3L). تم إعداد هذه النماذج باستخدام أداة إعداد البروتين من شرويدنجر وAmberTools، مع تضمين الطفرات وظروف الترطيب. تم إجراء محاكاة ديناميات جزيئية عند 300 كلفن و1 بار، مع إجراء تحليلات باستخدام AmberTools وGromacs لتقييم طاقات الربط الحرة والاستقرار الهيكلي، مما يوضح تأثيرات تغيرات SF3B3 على تفاعلات البروتين داخل مجمع السبلايسوسوم.
النتائج
في هذه الدراسة، حددنا 24 فردًا يعانون من اضطرابات النمو العصبي (NDDs) يحملون تغيرات متغايرة في جين SF3B3، كاشفين عن إجمالي 22 تغييرًا مميزًا، معظمها تغييرات من نوع missense. ومن الجدير بالذكر أن التغيير المتكرر من نوع missense c.2066C>T (p.(Thr689Ile)) وُجد في ثلاثة أفراد غير مرتبطين. كانت معظم التغيرات غائبة عن قاعدة بيانات gnomAD، مما يشير إلى ندرتها، واقترحت التنبؤات الحاسوبية احتمالًا عاليًا للمرضية، مع متوسط درجة CADD يبلغ 27.1. كانت الغالبية العظمى من هذه التغيرات تقع داخل مجالات β-propeller لـ SF3B3، والتي تعتبر حاسمة لسلامتها الهيكلية ووظيفتها.
أظهر التحليل الإضافي أن مستويات بروتين SF3B3 كانت منخفضة بشكل كبير في فيبروبلاستات مأخوذة من المرضى مقارنة بالضوابط، مع انخفاض يقارب 15-30%. لم يُعزى هذا الانخفاض إلى تغييرات في مستويات mRNA، مما يشير إلى آلية ما بعد النسخ، قد تشمل زيادة في التحلل البروتيني للبروتين المتحور. بالإضافة إلى ذلك، أشارت التحليلات المعلوماتية الحيوية إلى أن تعبير SF3B3 هو الأعلى خلال مراحل النمو العصبي المبكرة، مع انخفاض يؤدي إلى الولادة، مما يبرز دوره المحتمل في العمليات العصبية. بشكل عام، تسلط هذه النتائج الضوء على التأثير المرضي لتغيرات SF3B3 على استقرار البروتين وارتباطها بأنماط NDD.
المناقشة
حددت الدراسة مجموعة من 24 مريضًا لديهم تغيرات في جين SF3B3، تم جمعها من منصات سريرية وبحثية متنوعة، وجمعت بيانات سريرية وجينية شاملة وفقًا للمعايير الأخلاقية. استخدم التحليل خوارزمية GestaltMatcher لتقييم الأنماط الوجهية بشكل كمي، كاشفًا عن نمط وجه مميز بين المرضى، خاصةً تجميع أولئك الذين لديهم أشكال متعددة الأنظمة من الحالة. أشارت النتائج السريرية إلى طيف من القضايا المتعلقة بالنمو العصبي، بما في ذلك تأخر في النمو (DD) وإعاقة عقلية (ID)، مع نسبة كبيرة من المرضى تظهر تشوهات خلقية وميزات سلوكية.
أظهرت التحليلات الجزيئية، بما في ذلك تسلسل RNA وPCR الكمي في الوقت الحقيقي، تغييرات كبيرة في ملفات التعبير الجيني المرتبطة بتغيرات SF3B3، مع تحديد 887 جينًا معبرًا عنه بشكل مختلف. ومن الجدير بالذكر أن إثراء علم الجينات أظهر عمليات تتعلق بتنظيم دورة الخلية والمسارات التنموية ذات الصلة بالميزات السريرية الملاحظة. استخدمت الدراسة أيضًا محاكاة ديناميات جزيئية لجميع الذرات لتوضيح تأثيرات تغييرات SF3B3 من نوع missense على تفاعلات البروتين داخل مجمع السبلايسوسوم، مما يشير إلى أن هذه الطفرات تعطل التفاعلات الحاسمة وقد تكون وراء الآليات المسببة للأمراض الملاحظة في المرضى. بشكل عام، تسهم النتائج في فهم المشهد السريري والجزيئي للمتلازمات المرتبطة بـ SF3B3، مما يبرز أهمية التوصيف الجيني والظاهري في هذه المجموعة من المرضى.
DOI: https://doi.org/10.1186/s13073-026-01610-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41709284
Publication Date: 2026-02-19
Author(s): Luciana Musante et al.
Primary Topic: RNA Research and Splicing
Overview
This research identifies a novel spliceosomopathy linked to de novo heterozygous variants in the SF3B3 gene, which encodes a subunit of the spliceosomal SF3b complex. The study involved genomic analyses, molecular dynamics simulations, and functional assessments of patient-derived fibroblasts from 24 unrelated individuals. The findings reveal a consistent clinical phenotype characterized by autism spectrum disorder (ASD), developmental delay (DD), intellectual disability (ID), language and motor delays, congenital anomalies, and distinctive craniofacial features. Notably, while SF3B3 mRNA levels remained normal, protein levels were reduced by 15-30%, and all-atom simulations indicated impaired interactions with SF3b components.
The phenotypic spectrum associated with SF3B3 variants ranges from severe prenatal forms leading to perinatal lethality to milder presentations with ASD and DD/ID. The severity correlates with the type of variant, with missense variants causing significant functional alterations in SF3B3, leading to reduced splicing efficiency and protein instability. Additionally, transcriptomic profiling revealed widespread gene expression changes, particularly in cell-cycle regulation and neurogenesis, alongside distinct alternative splicing patterns. The study emphasizes the complex interplay between quantitative and qualitative effects of SF3B3 variants on cellular processes, suggesting that the diversity of clinical phenotypes may arise from variant-specific effects and tissue-specific splicing programs. Despite limitations, these findings provide a foundation for future investigations into the pathogenic mechanisms underlying SF3B3-related neurodevelopmental disorders.
Introduction
Neurodevelopmental disorders (NDDs) represent a significant public health issue, affecting around 3% of the global population. These disorders, characterized by behavioral and cognitive challenges arising during developmental periods, often exhibit complex syndromic features and genetic heterogeneity, complicating diagnosis. Advances in next-generation sequencing (NGS) and bioinformatics have improved the identification of molecular causes and novel disease genes, particularly highlighting the role of de novo variants and pathogenic mutations in genes related to mRNA splicing and RNA metabolism. Notably, mutations in spliceosome components have been linked to a group of syndromes termed spliceosomopathies.
The spliceosome, a crucial eukaryotic cellular machinery, is responsible for the precise splicing of pre-mRNA, involving a dynamic assembly of small nuclear RNAs and proteins. Recent findings have implicated mutations in several spliceosome-associated proteins, including SF3B1 and SF3B3, in various syndromic NDDs. This study presents clinical and molecular data from 24 patients with de novo variants in SF3B3, which are associated with a recognizable syndromic NDD characterized by developmental delay (DD), intellectual disability (ID), autism spectrum disorder (ASD), and multiple congenital anomalies. The research further explores the impact of SF3B3 variants on the SF3b complex’s functional dynamics through all-atom simulations, revealing transcriptomic alterations and cell-cycle dysregulation in patient-derived fibroblasts. These findings suggest that SF3B3 variants disrupt essential spliceosome functions, leading to a novel autosomal dominant NDD.
Methods
In this study, whole exome sequencing (WES) and whole genome sequencing (WGS) were employed to analyze genomic DNA extracted from peripheral blood samples, either from trios or singletons. Data processing involved sequence alignment to the GRCh37/GRCh38 reference genomes, variant filtering, and prioritization, as detailed in Additional file 1: Table S1A. Variants were confirmed through Sanger sequencing, and their functional impacts were predicted using various in silico tools. The pathogenicity of variants was assessed according to the American College of Medical Genetics and Genomics (ACMG) guidelines, utilizing databases such as ClinVar and the Human Gene Mutation Database (HGMD).
To investigate the structural implications of SF3B3 variants, three models of the SF3b complex were constructed: a closed conformation based on the cryo-EM structure of the mature B act complex (PDB ID: 6FF4) and two open conformations derived from different structural sources (PDB IDs: 6EN4 and 7Q3L). These models were prepared using Schrodinger’s Protein Preparation Wizard and AmberTools, incorporating mutations and solvation conditions. Molecular dynamics simulations were conducted at 300 K and 1 bar, with analyses performed using AmberTools and Gromacs to evaluate binding free energies and structural stability, thereby elucidating the effects of SF3B3 variants on protein interactions within the splicing complex.
Results
In this study, we identified 24 individuals with neurodevelopmental disorders (NDDs) harboring heterozygous variants in the SF3B3 gene, revealing a total of 22 distinct variants, predominantly missense changes. Notably, the recurrent missense variant c.2066C>T (p.(Thr689Ile)) was found in three unrelated individuals. Most variants were absent from the gnomAD population database, indicating their rarity, and in silico predictions suggested a high likelihood of pathogenicity, with an average CADD score of 27.1. The majority of these variants were located within the β-propeller domains of SF3B3, which are crucial for its structural integrity and function.
Further analysis demonstrated that SF3B3 protein levels were significantly reduced in patient-derived fibroblasts compared to controls, with a decrease of approximately 15-30%. This reduction was not attributed to altered mRNA levels, suggesting a post-transcriptional mechanism, potentially involving increased proteasomal degradation of the mutant protein. Additionally, bioinformatic analyses indicated that SF3B3 expression is highest during early neurodevelopment, with a decline leading up to birth, underscoring its potential role in neurodevelopmental processes. Overall, these findings highlight the pathogenic impact of SF3B3 variants on protein stability and their association with NDD phenotypes.
Discussion
The study identified a cohort of 24 patients with variants in the SF3B3 gene, sourced from various clinical and research platforms, and collected comprehensive clinical and genetic data in compliance with ethical standards. The analysis utilized the GestaltMatcher algorithm to quantitatively assess facial phenotypes, revealing a distinct facial gestalt characteristic among patients, particularly clustering those with multisystemic forms of the condition. Clinical findings indicated a spectrum of neurodevelopmental issues, including developmental delay (DD) and intellectual disability (ID), with a significant proportion of patients exhibiting congenital malformations and behavioral features.
Molecular analyses, including RNA sequencing and quantitative real-time PCR, demonstrated significant alterations in gene expression profiles associated with SF3B3 variants, with 887 differentially expressed genes identified. Notably, gene ontology enrichment highlighted processes related to cell cycle regulation and developmental pathways pertinent to the observed clinical features. The study also employed all-atom molecular dynamics simulations to elucidate the impact of specific SF3B3 missense variants on protein interactions within the spliceosome complex, suggesting that these mutations disrupt critical interactions and may underlie the pathogenic mechanisms observed in patients. Overall, the findings contribute to understanding the clinical and molecular landscape of SF3B3-related syndromes, emphasizing the importance of genetic and phenotypic characterization in this patient population.